العدد الكتلي: ما هو وكيفية الحصول عليه (مع أمثلة) - جسدي - بدني - 2025

و عدد الكتلة أو الكتلة عدد من الذرة هو مجموع عدد البروتونات وعدد النيوترونات في النواة. يتم تعيين هذه الجسيمات بالتبادل مع اسم النيوكليونات ، وبالتالي فإن الرقم الكتلي يمثل مقدارها.

لنفترض أن N هو عدد النيوترونات الموجودة و Z عدد البروتونات ، إذا أطلقنا على A كرقم الكتلة ، إذن:

أ = N + Z

الشكل 1. نصف القطر له رقم كتلي A = 226 ، يتحلل إلى غاز الرادون مع A = 222 ، ويصدر نواة هيليوم A = 4. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز. بيروكس

أمثلة على الأعداد الكتلية

فيما يلي بعض الأمثلة على الأعداد الكتلية للعناصر المعروفة:

هيدروجين

ذرة الهيدروجين الأكثر استقرارًا ووفرة هي أيضًا أبسطها: 1 بروتون وإلكترون واحد. نظرًا لأن نواة الهيدروجين لا تحتوي على نيوترونات ، فمن الصحيح أن A = Z = 1.

الأكسجين

تحتوي نواة الأكسجين على 8 نيوترونات و 8 بروتونات ، وبالتالي فإن أ = 16.

كربون

تعتمد الحياة على الأرض على كيمياء الكربون ، وهي ذرة ضوئية بها 6 بروتونات في نواتها زائد 6 نيوترونات ، لذا أ = 6 + 6 = 12.

اليورانيوم

هذا العنصر ، الأثقل بكثير من العناصر السابقة ، معروف جيدًا بخصائصه المشعة. تحتوي نواة اليورانيوم على 92 بروتونًا و 146 نيوترونًا. إذن ، عددها الكتلي هو A = 92 + 146 = 238.

كيف تحصل على الرقم الكتلي؟

كما ذكرنا سابقًا ، يتوافق العدد الكتلي A لعنصر دائمًا مع مجموع عدد البروتونات وعدد النيوترونات التي تحتويها نواته. وهو أيضًا عدد صحيح ، لكن… هل توجد أي قاعدة تتعلق بالعلاقة بين الكميتين؟

دعونا نرى: كل العناصر المذكورة أعلاه خفيفة ما عدا اليورانيوم. ذرة الهيدروجين ، كما قلنا ، هي الأبسط. ليس لديها نيوترونات ، على الأقل في نسختها الأكثر وفرة ، وفي الأكسجين والكربون ، هناك أعداد متساوية من البروتونات والنيوترونات.

يحدث هذا أيضًا مع عناصر ضوئية أخرى ، مثل النيتروجين ، وهو غاز آخر مهم جدًا للحياة ، والذي يحتوي على 7 بروتونات و 7 نيوترونات. ومع ذلك ، عندما تصبح النواة أكثر تعقيدًا والذرات تصبح أثقل ، يزداد عدد النيوترونات بمعدل مختلف.

على عكس العناصر الخفيفة ، يحتوي اليورانيوم ، الذي يحتوي على 92 بروتونًا ، على حوالي 1½ ضعف هذه الكمية من النيوترونات: 1½ × 92 = 1.5 × 92 = 138

كما ترى ، فهو قريب جدًا من 146 ، وهو عدد النيوترونات الموجودة به.

الشكل 2. منحنى الاستقرار. المصدر: F. Zapata.

كل هذا واضح في المنحنى في الشكل 2. إنه رسم بياني لـ N مقابل Z ، والمعروف باسم منحنى الاستقرار النووي. هناك يمكنك أن ترى كيف أن ذرات الضوء لها نفس عدد البروتونات مثل النيوترونات ، وكيف أن عدد النيوترونات من Z = 20 يزداد.

وبهذه الطريقة ، تصبح الذرة الكبيرة أكثر استقرارًا ، لأن زيادة النيوترونات تقلل التنافر الكهروستاتيكي بين البروتونات.

تدوين للذرات

من الرموز المفيدة جدًا التي تصف نوع الذرة بسرعة هي ما يلي: تتم كتابة رمز العنصر والأرقام الذرية والكتلة ذات الصلة كما هو موضح أدناه في هذا الرسم البياني:

الشكل 3. تدوين الذرة. المصدر: F. Zapata.

في هذا الترميز ، ستكون الذرات في الأمثلة السابقة:

في بعض الأحيان يتم استخدام رمز آخر أكثر راحة ، حيث يتم استخدام رمز العنصر ورقم الكتلة فقط للدلالة على الذرة ، مع حذف الرقم الذري. بهذه الطريقة ، يتم كتابة ¹² ₆ C ببساطة على هيئة الكربون 12 ، و ¹⁶ ₈ O سيكون الأكسجين -16 ، وهكذا لأي عنصر.

النظائر

يحدد عدد البروتونات في النواة طبيعة العنصر. على سبيل المثال ، كل ذرة تحتوي نواتها على 29 بروتونًا هي ذرة نحاسية ، مهما حدث.

لنفترض أن ذرة نحاسية تفقد إلكترونًا لأي سبب من الأسباب ، فهو لا يزال نحاسًا. ومع ذلك فهي الآن ذرة مؤينة.

يصعب على نواة الذرة اكتساب أو فقدان بروتون ، ولكن في الطبيعة يمكن أن يحدث. على سبيل المثال ، داخل النجوم ، تتشكل العناصر الأثقل باستمرار من العناصر الخفيفة ، لأن النواة النجمية تتصرف مثل مفاعل الاندماج.

وهنا على الأرض توجد ظاهرة الاضمحلال الإشعاعي ، حيث تقوم بعض الذرات غير المستقرة بطرد النيوكليونات وتنبعث منها الطاقة ، وتتحول إلى عناصر أخرى.

أخيرًا ، هناك احتمال أن يكون لذرة عنصر معين رقم كتلة مختلف ، وفي هذه الحالة يكون نظيرًا.

وخير مثال على ذلك هو الكربون المشهور 14 أو الكربون المشع ، والذي يستخدم لتأريخ الأشياء الأثرية وكتتبع كيميائي حيوي. إنه نفس الكربون ، له خصائص كيميائية متطابقة ، لكن مع نيوترونين إضافيين.

الكربون 14 أقل وفرة من الكربون 12 ، النظير المستقر ، وهو أيضًا مشع. هذا يعني أنه بمرور الوقت يتحلل ، ويصدر طاقة وجزيئات حتى يصبح عنصرًا مستقرًا ، وهو في حالته النيتروجين.

نظائر الكربون

يوجد الكربون في الطبيعة كمزيج من عدة نظائر ، وأكثرها وفرة هو ¹² ₆ س أو كربون ¹² المذكورة أعلاه. بالإضافة إلى الكربون 14 هناك ¹³ ₆ درجة مئوية مع نيوترون إضافي.

هذا شائع في الطبيعة ، على سبيل المثال 10 نظائر مستقرة معروفة للقصدير. في المقابل ، من البريليوم والصوديوم لا يُعرف سوى نظير واحد.

لكل نظير ، طبيعي أو اصطناعي ، معدل تحول مختلف. بنفس الطريقة ، من الممكن إنشاء نظائر صناعية في المختبر ، والتي تكون عمومًا غير مستقرة وتتحلل إشعاعيًا في فترة قصيرة جدًا من أجزاء من الثانية ، بينما يستغرق البعض الآخر وقتًا أطول بكثير ، طالما عمر الأرض أو أطول.

جدول النظائر الطبيعية للكربون

نظائر الكربون	العدد الذري Z	العدد الكتلي أ	وفرة
12 6 ج	6	12	98.89
13 6 ج	6	13	1.11
14 6 ج	6	14	آثار

أمثلة عملية

- مثال 1

ما هو الفرق بين ¹³ ₇ N و ¹⁴ ₇ N؟

الرد

كلاهما ذرات نيتروجين ، لأن العدد الذري لهما هو 7. ومع ذلك ، فإن أحد النظائر ، الذي يحتوي على A = 13 ، يحتوي على نيوترون واحد أقل ، بينما ¹⁴ ₇ N هو أكثر النظائر وفرة.

- المثال 2

ما عدد النيوترونات الموجودة في نواة ذرة الزئبق ، والمشار إليها بالرمز ²⁰¹ ₈₀ Hg؟

الرد

بما أن A = 201 و Z = 80 ، ومعرفة أيضًا أن:

أ = ع + ن

N = A - Z = 201-80 = 121

وخلص إلى أن ذرة الزئبق بها 121 نيوترون.

المراجع

1. كونور ، ن. ما هو النوكليون - هيكل النواة الذرية - التعريف. تم الاسترجاع من: league-table.org.
2. Knight، R. 2017. الفيزياء للعلماء والهندسة: نهج إستراتيجي. بيرسون.
3. سيرز ، زيمانسكي. 2016. الفيزياء الجامعية مع الفيزياء الحديثة. الرابع عشر. المجلد 2.
4. Tippens ، P. 2011. الفيزياء: المفاهيم والتطبيقات. الإصدار السابع. ماكجرو هيل.
5. ويكيبيديا. العدد الشامل. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org.